固井水泥車600型柱塞泵增壓系統的設計準則與工作參數

李建剛 （中石化石油機械有限公司第四機械廠，湖北 荊州434024）

翟勝強 （中石油華北油田分公司第五采油廠，河北 辛集052360）

固井水泥車上的600型泵是一種往復、容積式、單作用、臥式三缸柱塞泵。由于該泵為高速柱塞泵，并且在固井作業時要泵重泥漿，因此需要配備一個很好的增壓系統［1］。下面就這種600型柱塞泵增壓系統的設計準則和工作參數進行探討。

1 確定設計準則

給柱塞泵配備增壓系統的目的，一是必須能將高壓、低速液體輸送到柱塞泵的吸入管匯，保證柱塞泵內有充足的液體供應；二是要保證有足夠高的液體流動速度使固體能懸浮在液體泥漿內。因此，一個好的增壓系統設計，既要避免有害的氣穴影響，又要確保柱塞泵無故障運行。這就需要對系統各構件明確一定的設計準則。

1.1 初級吸入管

接在液罐和灌注泵或混合泵（在某些情況下）之間的管道稱為初級吸入管，一般采用軟管或鋼管。在這些管道內流動的液體僅受液體重力或大氣壓的作用，從液罐開始流動。因此，為了保證管道內液體在重力和大氣壓力作用下能自由流動，設計液體流動速度在柱塞泵最大流量時不得超過1.22m／s。

其他的設計準則為：①若使用軟管，軟管應用鋼芯編織，必須能防各類化學腐蝕；真空、排出時軟管標定壓力容量分別應為1.02、4.14MPa。②不論是采用軟管還是鋼管，長度都應該盡可能的不超過3.05m，并且不要有過多的彎曲。

1.2 離心增壓泵

柱塞泵增壓系統主要是靠離心增壓泵來增壓的。其設計準則為：①當柱塞泵吸入口額定壓力保持在2.07MPa時，通過離心增壓泵增壓能輸送最大液體至柱塞泵。②離心泵排出口和柱塞泵吸入口之間的管子的內徑和長度選用要合適，以能克服沿程損失為標準。根據管子的長度和布置，離心泵必須能輸送排出口壓力3.45MPa所需的流量，才能保持柱塞泵吸入口壓力2.07MPa。③在保持泵效大于15%的基礎上，要給離心增壓泵提供足夠的動力，使產生足夠的流動速度將液體輸送至柱塞泵，并使柱塞泵所需液體獲得足夠的加速度能讓固體懸浮在液體泥漿內。

1.3 次級吸入管

接在離心灌注泵和柱塞泵吸入口之間的管道稱為次級吸入管，它能將液體從離心灌注泵排出口輸送到增壓系統另一端。它還能將離心混合泵的排出口和混漿池入口連接在一起。同初級吸入管一樣，次級吸入管可采用軟管或鋼管。增壓系統允許這部分液體的流速（柱塞泵正在工作）變化范圍應該在2.44～3.66m／s。其他設計準則為：①若使用軟管，真空、排出時軟管標定壓力容量分別應為1.02、6.89MPa；②不論是采用軟管還是鋼管，長度都應該盡可能的不超過4.57m。

1.4 吸入壓力緩沖器

對于容積式柱塞泵，當啟動和停止液體輸送時，增壓突變會對吸入凡爾產生液體沖擊。如果不緩沖這種增壓突變，久而久之，液體沖擊造成的壓力損失會降低灌注泵的效率，也可能損壞吸入凡爾。使用吸入壓力緩沖器，當柱塞泵啟動和停止液體輸送時，可保證一定加速度液體輸送，不會對吸入凡爾產生液體沖擊，使柱塞泵的工作更加平穩。吸入壓力緩沖器的設計準則為：①應是充入氮氣的氣囊型緩沖器，最大承壓為6.89MPa；②為防止液體內的固體沉積而堵塞氣囊，吸入壓力緩沖器應安裝在液體管道的上游；③為了獲得更高的壓力緩沖效率，吸入壓力緩沖器應安裝在緊靠柱塞泵吸入口處的地方；④為了使吸入壓力緩沖器能正常工作，要對氣囊預先充氣（達到預充壓力的30%～40%即可）。

1.5 增壓壓力表

為了能隨時監測增壓系統的增壓效果，在增壓系統中應裝有一個壓力表。壓力表的設計準則為：①應該是一個充液式壓力表，壓力量程為0～6.89MPa；②為了獲得最佳的增壓精確度，壓力表應安裝在緊靠柱塞泵吸入口處的地方；③壓力表應同壓力緩沖器一起使用，并可進行壓力調整，具備壓力緩沖功能。

2 設定工作參數

為了使柱塞泵增壓系統能夠正常運行，需要根據固井水泥車型號及其固井作業情況，對增壓系統事先設定工作參數，實現增壓系統最佳工作效率。這些工作參數主要有：增壓壓力，軟管數量，鋼管尺寸。

1）增壓壓力 柱塞泵吸入口推薦的增壓壓力：最小為2.07MPa，最大為5.52MPa。注意：增壓壓力必須大于泵送液體的蒸汽壓力。

2）自流部分軟管數量 在增壓系統的自流部分中，要保持最大流速為1.22m／s，自流部分可達到流量分別為0.594、1.185、1.779、2.370、2.964m3／min，所需要的?4in吸入軟管數量分別為1、2、3、4、5。

3）自流部分鋼管尺寸 在系統的自流部分中，要保持最大流速為1.22m／s，自流部分可達到流量分別為0.591、0.946、1.336、2.370、3.706m3／min，所需要的鋼管尺寸分別為4、5、6、8、10in。

4）加壓部分軟管數量 在系統的加壓部分中，要保持最大流速為3.65m／s，加壓部分可達到流量分別為1.779、3.558m3／min，所需要的?4in吸入軟管數量分別為1、2。

5）加壓部分鋼管尺寸 在系統的加壓部分中，要保持最大流速為3.65m／s，自流部分可達到流量分別為0.999、1.779、2.778m3／min，所需要的鋼管尺寸分別為3、4、5in。

3 結語

對于固井水泥車上的600型柱塞泵來說，配備增壓系統的主要目的是能泵重泥漿。但這種增壓系統不是隨便能配備的，需要按照系統中各構件的設計準則和工作參數來配備。目前，新型系列固井水泥車上的600型泵都配備了相應的增壓系統，提高了固井作業的質量水平。需要注意的是，根據固井水泥車型號及其固井作業的具體情況，柱塞泵增壓系統的設計準則和工作參數是可調整的，以滿足固井作業的適時需求。

［1］范毅，池勝高 .固井水泥車柱塞泵對增壓系統的設計要求 ［J］.長江大學學報（自科版），2011，8（12）：117～118.